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논문 상세정보

가스보조식 이중행정 유압브레이커의 성능 최적화

Performance Optimization of a Gas-Assisted Hydraulic Breaker with Dual Stroke

Abstract

A gas-assisted hydraulic breaker uses both hydraulic and pneumatic energies and the appropriate balance between them mostly effects its performance. Mathematical modeling of the breaker is established and verified by experiment. Through sensitivity analysis using AMESim, the key design parameters are selected, which mostly affect the performance of the breaker. Taguchi method is used to optimize the key design parameters to maximize the output power for long and short strokes through simulation. As the result, the output power as well as the impact energy are increased significantly compared with the existing design. The pressure pulsation in the supply line is reduced to a tolerable level and the dynamic characteristics of the piston displacement is also improved by the optimization.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가스보조식 유압브레이커
가스보조식 유압브레이커란 무엇인가?
굴삭기에서 공급되는 유압에너지와 유압브레이커 상부에 있는 백헤드가스실의 공압에너지를 피스톤의 운동에너지로 변환하고, 변환된 운동에너지는 툴(tool)을 통하여 타격물에 전달되어 타격물을 파쇄하는 기계장치

가스보조식 유압브레이커는 굴삭기에서 공급되는 유압에너지와 유압브레이커 상부에 있는 백헤드가스실의 공압에너지를 피스톤의 운동에너지로 변환하고, 변환된 운동에너지는 툴(tool)을 통하여 타격물에 전달되어 타격물을 파쇄하는 기계장치이다. 이중행정(dual stroke)유압브레이커는 긴 행정과 짧은 행정으로 구성되어 있으며, 긴 행정은 큰 타격에너지를 필요로 하는 단단한 지반에, 짧은 행정은 큰 타격수를 필요로 하는 무른 지반에 사용된다.

이중행정(dual stroke)유압브레이커
이중행정(dual stroke)유압브레이커은 어떻게 구성되어 있는가?
긴 행정과 짧은 행정으로 구성

가스보조식 유압브레이커는 굴삭기에서 공급되는 유압에너지와 유압브레이커 상부에 있는 백헤드가스실의 공압에너지를 피스톤의 운동에너지로 변환하고, 변환된 운동에너지는 툴(tool)을 통하여 타격물에 전달되어 타격물을 파쇄하는 기계장치이다. 이중행정(dual stroke)유압브레이커는 긴 행정과 짧은 행정으로 구성되어 있으며, 긴 행정은 큰 타격에너지를 필요로 하는 단단한 지반에, 짧은 행정은 큰 타격수를 필요로 하는 무른 지반에 사용된다. 가스보조식 유압브레이커에 대한 연구는 상당수 진행되었지만,1∼3) 체계적인 설계변수 민감도 해석과 이중행정을 고려한 성능향상에 대한 연구는 없는 실정이다.

유압브레이커의 작동원리
유압브레이커의 작동원리를 설명하시오.
공급라인을 통해 들어온 고압유가 피스톤 하실로 유입되면 피스톤은 상승하게 되며 행정제어밸브(stroke control valve)의 조정에 의해 1의 위치를 통해 고압유가 밸브전환실로 유입되면 긴 행정이 되고 2의 위치를 통하면 짧은 행정이 된다. 밸브전환실로 고압유가 유입되면 밸브는 상승하여 피스톤 상실로 고압유가 유입되고, 피스톤 상, 하실의 면적차이에 의해 생성된 유압력과 피스톤 상승으로 인해 형성된 백헤드가스실의 압축에너지에 의해 피스톤은 하강하여 툴을 타격한 후 다시 상승하게 된다. 피스톤의 하강시 밸브전환실의 고압유는 리턴라인으로 배출되어 밸브는 하강하게 되고, 피스톤 상실의 유압유도 리턴라인으로 배출된다. 유압브레이커는 이러한 행정을 반복하게 된다.

유압브레이커의 작동원리는 다음과 같다. 공급라인을 통해 들어온 고압유가 피스톤 하실로 유입되면 피스톤은 상승하게 되며 행정제어밸브(stroke control valve)의 조정에 의해 1의 위치를 통해 고압유가 밸브전환실로 유입되면 긴 행정이 되고 2의 위치를 통하면 짧은 행정이 된다. 밸브전환실로 고압유가 유입되면 밸브는 상승하여 피스톤 상실로 고압유가 유입되고, 피스톤 상, 하실의 면적차이에 의해 생성된 유압력과 피스톤 상승으로 인해 형성된 백헤드가스실의 압축에너지에 의해 피스톤은 하강하여 툴을 타격한 후 다시 상승하게 된다. 피스톤의 하강시 밸브전환실의 고압유는 리턴라인으로 배출되어 밸브는 하강하게 되고, 피스톤 상실의 유압유도 리턴라인으로 배출된다. 유압브레이커는 이러한 행정을 반복하게 된다.

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저자의 다른 논문

참고문헌 (9)

  1. 1. 고승환, 임종혁, "유압 브레이커의 모델링 및 피스톤과 치즐간의 탄성충돌을 고려한 해석", 대한기계학회 논문집, 제19권, 제2호, pp. 338∼347, 1995 
  2. 2. 성원준, "지반 상태를 고려한 유압 브레이커의 성능 해석", 한양대학교 박사학위논문, 2002. 
  3. 3. 백헌엽, 장효환, 이일재, "Taguchi 방법을 이용한 유압브레이커의 최적설계", 대한기계학회 2005 추계학술대회, pp. 2033∼2038, 2005. 
  4. 4. 곽광순, 장효환, "Taguchi 방법을 이용한 순수 유압식 브레이커의 성능 최적화", 유공압시스템학회 논문집, 제5권, 제3호, pp 1∼8, 2008 
  5. 5. Bardet, J. P., "Experimental Soil Mechanics", Prentice-Hall, 1997 
  6. 6. Watton, J., "Fluid Power System", Prentice- Hall, 1989. 
  7. 7. Construction Industry Manufacturers Association, "Measuring Guide for Tool Energy Rating for Hydraulic Breakers", 1996. 
  8. 8. Peace, G. S., "Taguchi Methods, A Hands -On Approach", Addison-Wesley Publishing Company, Inc., 1993. 
  9. 9. Anastasiou, K. S., "Optimization of the aluminium die casting process based on the Taguchi method", Proc Instn Mech Engrs, Part B: J. Engineering Manufacture, Vol. 216, pp.969-977, 2002. 

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